1986-1987年間在超導研究領域中出現(xiàn)的重要突破，在世界性的范圍帶來了科學史中罕見的激烈競爭。至今，在拉開了7年“歷史距離”之后，關于這段歷史，許多當事人和一些記者已發(fā)表了不少著述，但其間說法不一致之處頗多，而前幾年科學史家撰寫的這段歷史，限于當時可得的材料，現(xiàn)在看來也不夠詳盡和全面。[2]基于現(xiàn)有的資料，以及筆者近來對中、日、美參與了當時工作的帶頭科學家所作的訪談，本文將首先回顧有關歷史背景，然后對從1986年突破出現(xiàn)到1987年初液氮溫區(qū)超導體最初發(fā)現(xiàn)的歷史重新進行梳理，并在最后對此段競爭中出現(xiàn)的若干問題進行簡要的討論。

一、背景與突破的開端

幾十年來，阻礙超導電性得以廣泛應用的最重大的障礙之一，就是已知超導體的臨界轉變溫度（Tc）太低。雖經(jīng)眾多科學家在此方向的多年努力，但自從1973年在鈮三鍺中發(fā)現(xiàn)23K的臨界轉變溫度之后，這一紀錄一直保持了13年之久。如此之低的溫度，通常要用代價昂貴的液氦手段才能獲得，而對液氮溫區(qū)（77K以上）超導體的發(fā)現(xiàn)，則似乎成了一個難以實現(xiàn)的夢想。超導研究一度曾處于低潮。但是，1986年，轉機終于出現(xiàn)在對氧化物超導體的研究中。

在國際商業(yè)機器公司（IBM）蘇黎世研究實驗室工作的瑞士科學家繆勒（A.Müller）可以說是超導研究領域中的一位“新手”。直到1978年他去IBM在美國的一家研究實驗室作休假研究時，才接觸到了超導問題，并對氧化物超導體的研究產(chǎn)生了興趣。1964年，人們發(fā)現(xiàn)了第一個氧化物超導體，即鍶鈦氧化物，但Tc只有0.3K。1975年由斯萊特（A.W.Sleight）等人發(fā)現(xiàn)的Tc為14K的鋇鉛鉍氧化物超導體，雖然吸引了若干科學家的注意力，但一時也未再有更驚人的進展。1983年夏，繆勒邀請并說服了在同一實驗室工作的貝德諾茲（J.G.Bednorz）一起進行研究，雖然對更年輕些的貝德諾茲來說，高溫超導體的探索是不易有成果因而頗具“風險”的，但他還是在完成其他主要工作之外的業(yè)余時間與繆勒一道從事這項工作。

繆勒和貝德諾茲的最初設想是，在某些具有可導致畸變的所謂Jahn-Teller效應的氧化物中進行尋找。在二年多的時間里，他們先研究了鑭鎳氧化物系統(tǒng)，但沒有成功。1985年，在讀到了法國科學家米歇爾（C.Michel）等人對鋇鑭銅氧化物所做的研究后，他們又將注意力轉向了這種含銅的氧化物。[3]很快地，1986年1月，他們在自己制備的鋇鑭銅氧樣品中，利用電阻測量觀察到了30K左右的起始轉變溫度。[4]這是一個絕對令人興奮但又有些難以置信的結果。但為了保險起見，經(jīng)驗豐富的繆勒還是堅持繼續(xù)重復實驗，直到4月中旬，他們才向《物理學雜志》送交了論文。該論文于4月17日為雜志收到，論文被謹慎地題為“鋇鑭銅氧系統(tǒng)中可能的高Tc超導電性”。[5]由于要進一步確認他們發(fā)現(xiàn)的是超導電性，除電阻測量之外，尚需測量其樣品的邁斯納效應，但當時他們手頭甚至沒有可用的儀器。定購的儀器到8月份才到貨。[6]貝德諾茲和繆勒迅速調(diào)試好儀器，果然進一步的磁測量支持了他們原來的結論，當報道新結果的第二篇論文寄到《歐洲物理快報》時，已是10月22日了。[7]

在超導史上，曾多次有人宣稱發(fā)現(xiàn)了高溫超導體，但最終均以結果無法為他人所重復或被證偽而告終。由此大多數(shù)科學家對大多數(shù)發(fā)現(xiàn)高溫超導體報道總是傾向于持懷疑的態(tài)度。很自然地，與對待重大科研發(fā)現(xiàn)的常規(guī)作法不同，貝德諾茲和繆勒除了送交論文去發(fā)表之外，他們沒有再以任何其他的方式來公布這項劃時代的成果。當然，據(jù)一份文獻所講，在等待測量邁斯納效應的儀器到達的這段時間中，他們曾有少數(shù)幾次向為數(shù)不多的人介紹其工作，但聽眾的反應“充其量只是不冷不熱”而已。[8]他們的第一篇文章直到9月份才正式發(fā)表（而他們第二篇關于磁測量的論文的問世已是1987年的事了），因此，在經(jīng)過了半年之后，廣大的物理學界才有可能了解其工作。

1986-1987年間在超導研究領域中出現(xiàn)的重要突破，在世界性的范圍帶來了科學史中罕見的激烈競爭。至今，在拉開了7年“歷史距離”之后，關于這段歷史，許多當事人和一些記者已發(fā)表了不少著述，但其間說法不一致之處頗多，而前幾年科學史家撰寫的這段歷史，限于當時可得的材料，現(xiàn)在看來也不夠詳盡和全面。[2]基于現(xiàn)有的資料，以及筆者近來對中、日、美參與了當時工作的帶頭科學家所作的訪談，本文將首先回顧有關歷史背景，然后對從1986年突破出現(xiàn)到1987年初液氮溫區(qū)超導體最初發(fā)現(xiàn)的歷史重新進行梳理，并在最后對此段競爭中出現(xiàn)的若干問題進行簡要的討論。

一、背景與突破的開端

幾十年來，阻礙超導電性得以廣泛應用的最重大的障礙之一，就是已知超導體的臨界轉變溫度（Tc）太低。雖經(jīng)眾多科學家在此方向的多年努力，但自從1973年在鈮三鍺中發(fā)現(xiàn)23K的臨界轉變溫度之后，這一紀錄一直保持了13年之久。如此之低的溫度，通常要用代價昂貴的液氦手段才能獲得，而對液氮溫區(qū)（77K以上）超導體的發(fā)現(xiàn)，則似乎成了一個難以實現(xiàn)的夢想。超導研究一度曾處于低潮。但是，1986年，轉機終于出現(xiàn)在對氧化物超導體的研究中。

在國際商業(yè)機器公司（IBM）蘇黎世研究實驗室工作的瑞士科學家繆勒（A.Müller）可以說是超導研究領域中的一位“新手”。直到1978年他去IBM在美國的一家研究實驗室作休假研究時，才接觸到了超導問題，并對氧化物超導體的研究產(chǎn)生了興趣。1964年，人們發(fā)現(xiàn)了第一個氧化物超導體，即鍶鈦氧化物，但Tc只有0.3K。1975年由斯萊特（A.W.Sleight）等人發(fā)現(xiàn)的Tc為14K的鋇鉛鉍氧化物超導體，雖然吸引了若干科學家的注意力，但一時也未再有更驚人的進展。1983年夏，繆勒邀請并說服了在同一實驗室工作的貝德諾茲（J.G.Bednorz）一起進行研究，雖然對更年輕些的貝德諾茲來說，高溫超導體的探索是不易有成果因而頗具“風險”的，但他還是在完成其他主要工作之外的業(yè)余時間與繆勒一道從事這項工作。

繆勒和貝德諾茲的最初設想是，在某些具有可導致畸變的所謂Jahn-Teller效應的氧化物中進行尋找。在二年多的時間里，他們先研究了鑭鎳氧化物系統(tǒng)，但沒有成功。1985年，在讀到了法國科學家米歇爾（C.Michel）等人對鋇鑭銅氧化物所做的研究后，他們又將注意力轉向了這種含銅的氧化物。[3]很快地，1986年1月，他們在自己制備的鋇鑭銅氧樣品中，利用電阻測量觀察到了30K左右的起始轉變溫度。[4]這是一個絕對令人興奮但又有些難以置信的結果。但為了保險起見，經(jīng)驗豐富的繆勒還是堅持繼續(xù)重復實驗，直到4月中旬，他們才向《物理學雜志》送交了論文。該論文于4月17日為雜志收到，論文被謹慎地題為“鋇鑭銅氧系統(tǒng)中可能的高Tc超導電性”。[5]由于要進一步確認他們發(fā)現(xiàn)的是超導電性，除電阻測量之外，尚需測量其樣品的邁斯納效應，但當時他們手頭甚至沒有可用的儀器。定購的儀器到8月份才到貨。[6]貝德諾茲和繆勒迅速調(diào)試好儀器，果然進一步的磁測量支持了他們原來的結論，當報道新結果的第二篇論文寄到《歐洲物理快報》時，已是10月22日了。[7]

在超導史上，曾多次有人宣稱發(fā)現(xiàn)了高溫超導體，但最終均以結果無法為他人所重復或被證偽而告終。由此大多數(shù)科學家對大多數(shù)發(fā)現(xiàn)高溫超導體報道總是傾向于持懷疑的態(tài)度。很自然地，與對待重大科研發(fā)現(xiàn)的常規(guī)作法不同，貝德諾茲和繆勒除了送交論文去發(fā)表之外，他們沒有再以任何其他的方式來公布這項劃時代的成果。當然，據(jù)一份文獻所講，在等待測量邁斯納效應的儀器到達的這段時間中，他們曾有少數(shù)幾次向為數(shù)不多的人介紹其工作，但聽眾的反應“充其量只是不冷不熱”而已。[8]他們的第一篇文章直到9月份才正式發(fā)表（而他們第二篇關于磁測量的論文的問世已是1987年的事了），因此，在經(jīng)過了半年之后，廣大的物理學界才有可能了解其工作。

陶瓷材料一般分為傳統(tǒng)陶瓷和現(xiàn)代技術陶瓷兩大類。傳統(tǒng)陶瓷是指用天然硅酸鹽粉末(如黏土、高嶺土等)為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品。因為原料的成分混雜和產(chǎn)品的性能波動大,僅用于餐具、日用容器、工藝品以及普通建筑材料(如地磚、水泥等),而不適用于工業(yè)用途?，F(xiàn)代技術陶瓷是根據(jù)所要求的產(chǎn)品性能,通過嚴格的成份和生產(chǎn)工藝控制而制造出來的高性能材料,主要用于高溫和腐蝕介質(zhì)環(huán)境,是現(xiàn)代材料科學發(fā)展最活躍的領域之一。下面對現(xiàn)代技術陶瓷3個主要領域:結構陶瓷、陶瓷基復合材料和功能陶瓷作一簡單介紹。

一、結構陶瓷同金屬材料相比,陶瓷的最大優(yōu)點是優(yōu)異的高溫機械性能、耐化學腐蝕、耐高溫氧化、耐磨損、比重小(約為金屬的1/3),因而在許多場合逐漸取代昂貴的超高合金鋼或被應用到金屬材料根本無法勝任的場合,如發(fā)動機氣缸套、軸瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。結構陶瓷可分為三大類:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。

1、氧化物陶瓷主要包括氧化鋁、氧化鋯、莫來石和鈦酸鋁。氧化物陶瓷最突出優(yōu)點是不存在氧化問題,原料價格低廉,生產(chǎn)工藝簡單。氧化鋁和氧化鋯具有優(yōu)異的室溫機械性能,高硬度和耐化學腐蝕性,主要缺點是在1000℃以上高溫蠕變速率高,機械性能顯著降低。氧化鋁和氧化鋯主要應用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高溫爐管、密封圈和玻璃熔化池內(nèi)襯等。莫來石室溫強度屬中等水平,但它在1400℃仍能保持這一強度水平,并且高溫蠕變速率極低,因此被認為是陶瓷發(fā)動機的主要候選材料之一。上述三種氧化物也可制成泡沫或纖維狀用于高溫保溫材料。鈦酸鋁陶瓷體內(nèi)存在廣泛的微裂紋,因而具有極低的熱膨脹系數(shù)和熱傳導率。它的主要缺點是強度低,無法單獨作為受力元件,所以一般用它加工內(nèi)襯用作保溫、耐熱沖擊元件,并已在陶瓷發(fā)動機上得到應用。

2、非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和賽龍(SIALON)。同氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷原子間主要是以共價鍵結合在一起,因而具有較高的硬度、模量、蠕變抗力,并且能把這些性能的大部分保持到高溫,這是氧化物陶瓷無法比擬的。但它們的燒結非常困難,必須在極高溫度(1500～2500℃)并有燒結助劑存在的情況下才能獲得較高密度的產(chǎn)品,有時必須借助熱壓燒結法才能達到希望的密度(>95%),所以非氧化物陶瓷的生產(chǎn)成本一般比氧化物陶瓷高。這些含硅的非氧化物陶瓷還具有極佳的高溫耐蝕性和抗氧化性,因此一直是陶瓷發(fā)動機的最重要材料,目前已經(jīng)取代了許多超高合金鋼部件?，F(xiàn)有最佳超高合金鋼的使用溫度低于1100℃,而發(fā)動機燃料燃燒的溫度在1300℃以上,因而普遍采用高壓水強制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金鋼后,燃燒溫度可提高到1400℃以上,并且不需要水冷系統(tǒng),這在能源利用和環(huán)保方面具有重要的戰(zhàn)略意義。非氧化物陶瓷也廣泛應用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比,其成本較高,但高溫韌性、強度、硬度、蠕變抗力優(yōu)異得多,并且刀具壽命長、允許切削速度高,因而在刀具市場占有日益重要地位。它的應用領域還包括輕質(zhì)無潤滑陶瓷軸承、密封件、窯具和磨球等。

3、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的主要區(qū)別在于結晶度,玻璃是非晶態(tài)而陶瓷是多晶材料。玻璃在遠低于熔點以前存在明顯的軟化,而陶瓷的軟化溫度同熔點很接近,因而陶瓷的機械性能和使用溫度要比玻璃高得多。玻璃的突出優(yōu)點是可在玻璃軟化溫度和熔點之間進行各種成型,工藝簡單而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工藝性能和陶瓷的機械性能,它利用玻璃成型技術制造產(chǎn)品,然后高溫結晶化處理獲得陶瓷。工業(yè)玻璃陶瓷體系有鎂-鋁-硅酸鹽、鋰-鎂-鋁-硅酸鹽和鈣-鎂-鋁-硅酸鹽系列,它們常被用來制造耐高溫和熱沖擊產(chǎn)品,如炊具。此外它們作為建筑裝飾材料正得到越來越廣泛的應用,如地板、裝飾玻璃。

二、陶瓷基復合材料復合材料是為了達到某些性能指標將兩種或兩種以上不同材料混合在一起制成的多相材料,它具有其中任何一相所不具備的綜合性能。陶瓷材料的最大缺點是韌性低,使用時會產(chǎn)生不可預測的突然性斷裂,陶瓷基復合材料主要是為了改善陶瓷韌性?；谔岣唔g性的陶瓷基復合材料主要有兩類:氧化鋯相變增韌和陶瓷纖維強化復合材料。氧化鋯相變增韌復合材料是把部分穩(wěn)定的氧化鋯粉末同其他陶瓷粉末(如氧化鋁、氮化硅或莫來石)混合后制成的高韌性材料,其斷裂韌性可以達到10Mpam1/2以上,而一般陶瓷的韌性僅有3Mpam1/2左右。這類材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常廣泛的應用。纖維強化被認為是提高陶瓷韌性最有效和最有前途的方法。纖維強度一般比基體高得多,所以它對基體具有強化作用;同時纖維具有顯著阻礙裂紋擴展的能力,從而提高材料的韌性。目前韌性最高的陶瓷就是纖維強化的復合材料,例如碳化硅長纖維強化的碳化硅基復合材料韌性高達30Mpam1/2以上,比燒結碳化硅的韌性提高十倍。但因為這類材料價格昂貴,目前僅在軍械和航空航天領域得到應用。另一引人注目的增強材料是陶瓷晶須。晶須是尺寸非常小但近乎完美的纖維狀單晶體,其強度和模量接近材料的理論值,極適用于陶瓷的強化。目前這類材料在陶瓷切削刀具方面已經(jīng)得到廣泛應用,主要體系有碳化硅晶須-氧化鋁-氧化鋯、碳化硅晶須-氧化鋁和碳化硅晶須-氮化硅。

為了進一步加強本市的基礎研究工作，提升*科技持續(xù)創(chuàng)新能力和國際學術地位，圍繞國家和*市中長期科技發(fā)展規(guī)劃和“創(chuàng)新行動計劃”的要求和重點任務，針對生命科學、材料科學、信息科學、化學等領域的前沿科學問題。開展以應用為導向的創(chuàng)新研究，特本指南。

一、研究專題和期限

專題一、CO2綜合利用的若干關鍵科學問題研究

（一）研究目標與內(nèi)容：

氣候變暖已經(jīng)影響到人類的生存和社會的可持續(xù)發(fā)展。圍繞國家“節(jié)能減排”戰(zhàn)略，結合*在金屬有機框架、稀土催化、有機催化、電化學、張力環(huán)分子及高活性聯(lián)烯化學等方面的工作基礎，開展CO2綜合利用的基礎研究，以期實現(xiàn)CO2在溫和條件下的富集和選擇性活化的突破，開拓CO2減排及利用新途徑。

重點支持二個方面的研究：

一、21世紀物理學的幾個活躍領域

蒸蒸日上的凝聚態(tài)物理學

自從80年代中期發(fā)現(xiàn)了所謂高臨界溫度超導體以來，世界上對這種應用潛力很大的新材料的研究熱情和樂觀情緒此起彼伏，時斷時續(xù)。這種新材料能在液氮溫區(qū)下傳導電流而沒有阻抗。高臨界溫度超導材料的研究仍是今后凝聚態(tài)物理學中活躍的領域之一。目前，許多國家的科學工作者仍在爭分奪秒，繼續(xù)進行競爭，向更高溫區(qū)，甚至室溫溫區(qū)超導材料的研究和應用努力?？梢灶A計，這個勢頭今后也不會減弱，此外，高臨界溫度的超導材料的機械性能、韌性強度和加工成材工藝也需進一步提高和解決?？茖W家們預測，21世紀初，這些技術問題可以得到解決并將有廣泛的應用前景，有可能會引起一場新的工業(yè)革命。超導電機、超導磁懸浮列車、超導船、超導計算機等將會面向市場，屆時，世界超導材料市場可望達到2000億美元。

由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生于20世紀70年代末，在短短不到30年的時間內(nèi)，已逐步揭示出其微觀機制和物理圖像。目前已利用半導體超晶格材料研制成許多新器件，它可以在原子尺度上對半導體的組分摻雜進行人工“設計”，從而可以研究一般半導體中根本不存在的物理現(xiàn)象，并將固態(tài)電子器件的應用推向一個新階段。但目前對于其他類型的超晶格材料的制備尚需做進一步的努力。一些科學家預測，下一代的電子器件可能會被微結構器件替代，從而可能會帶來一場電子工業(yè)的革命。微結構物理的研究還有許多新的物理現(xiàn)象有待于揭示。21世紀可能會碩果累累，它的前景不可低估。

近年來，兩種與磁阻有關的引起人們強烈興趣的現(xiàn)象就是所謂的巨磁阻和超巨磁阻現(xiàn)象。一般磁阻是物質(zhì)的電阻率在磁場中會發(fā)生輕微的變化，而巨磁和超巨磁可以是幾倍或數(shù)千倍的變化。超巨磁現(xiàn)象中令人吃驚的是，在很強的磁場中某些絕緣體會突變?yōu)閷w，這種原因尚不清楚，就像高臨界溫度超導材料超導性的原因難以捉摸一樣。目前，巨磁和超巨磁實現(xiàn)應用的主要障礙是強磁場和低溫的要求，預計下世紀初在這方面會有很大的進展，并會有誘人的應用前景。

可以預計，新材料的發(fā)展是21世紀凝聚態(tài)物理學研究重要的發(fā)展方向之一。新材料的發(fā)展趨勢是：復合化、功能特殊化、性能極限化和結構微觀化。如，成分密度和功能不均勻的梯度材料；可隨空間時間條件而變化的智能材料；變形速度快的壓電材料以及精細陶瓷材料等都將成為下世紀重要的新材料。材料專家預計，21世紀新材料品種可能突破100萬種。

一般情況下，我們將兩種互不相溶液體在表面活性劑作用下形成的熱力學穩(wěn)定的、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑l～100nm的分散體系稱為微乳液。相應地把制備微乳液的技術稱之為微乳化技術（MET）。自從80年代以來，微乳的理論和應用研究獲得了迅速的發(fā)展，尤其是90年代以來，微乳應用研究發(fā)展更快，在許多技術領域：如三次采油，污水治理，萃取分離，催化，食品，生物醫(yī)藥，化妝品，材料制備，化學反應介質(zhì)，涂料等領域均具有潛在的應用前景。我國的微乳技術研究始于80年代初期，在理論和應用研究方面也取得了相當?shù)某晒?/p>

1982年，Boutonmt首先報道了應用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻報道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應器的原理、形成與結構，并對微乳液在納米材料制備領域中的應用狀況進行了闡述。

1微乳反應器原理

在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機溶劑、水溶液?；钚詣⒅砻婊钚詣?個組分組成。常用的有機溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應器（Microreactor）或稱為納米反應器，反應器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會受到W的影響。利用微膠束反應器制備納米粒子時，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。

（l）將2個分別增溶有反應物A、B的微乳液混合，此時由于膠團顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學反應。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應制備氯化鈉納粒。

一般情況下，我們將兩種互不相溶液體在表面活性劑作用下形成的熱力學穩(wěn)定的、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑l～100nm的分散體系稱為微乳液。相應地把制備微乳液的技術稱之為微乳化技術（MET）。自從80年代以來，微乳的理論和應用研究獲得了迅速的發(fā)展，尤其是90年代以來，微乳應用研究發(fā)展更快，在許多技術領域：如三次采油，污水治理，萃取分離，催化，食品，生物醫(yī)藥，化妝品，材料制備，化學反應介質(zhì)，涂料等領域均具有潛在的應用前景。我國的微乳技術研究始于80年代初期，在理論和應用研究方面也取得了相當?shù)某晒?/p>

1982年，Boutonmt首先報道了應用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻報道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應器的原理、形成與結構，并對微乳液在納米材料制備領域中的應用狀況進行了闡述。

1微乳反應器原理

在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機溶劑、水溶液?；钚詣?、助表面活性劑4個組分組成。常用的有機溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應器（Microreactor）或稱為納米反應器，反應器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會受到W的影響。利用微膠束反應器制備納米粒子時，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。

（l）將2個分別增溶有反應物A、B的微乳液混合，此時由于膠團顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學反應。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應制備氯化鈉納粒。

一般情況下，我們將兩種互不相溶液體在表面活性劑作用下形成的熱力學穩(wěn)定的、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑l～100nm的分散體系稱為微乳液。相應地把制備微乳液的技術稱之為微乳化技術（MET）。自從80年代以來，微乳的理論和應用研究獲得了迅速的發(fā)展，尤其是90年代以來，微乳應用研究發(fā)展更快，在許多技術領域：如三次采油，污水治理，萃取分離，催化，食品，生物醫(yī)藥，化妝品，材料制備，化學反應介質(zhì)，涂料等領域均具有潛在的應用前景。我國的微乳技術研究始于80年代初期，在理論和應用研究方面也取得了相當?shù)某晒?/p>

1982年，Boutonmt首先報道了應用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻報道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應器的原理、形成與結構，并對微乳液在納米材料制備領域中的應用狀況進行了闡述。

1微乳反應器原理

在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機溶劑、水溶液。活性劑、助表面活性劑4個組分組成。常用的有機溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應器（Microreactor）或稱為納米反應器，反應器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會受到W的影響。利用微膠束反應器制備納米粒子時，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。

（l）將2個分別增溶有反應物A、B的微乳液混合，此時由于膠團顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學反應。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應制備氯化鈉納粒。

1982年，Boutonmt首先報道了應用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻報道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應器的原理、形成與結構，并對微乳液在納米材料制備領域中的應用狀況進行了闡述。

1微乳反應器原理

在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機溶劑、水溶液?；钚詣?、助表面活性劑4個組分組成。常用的有機溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應器（Microreactor）或稱為納米反應器，反應器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會受到W的影響。利用微膠束反應器制備納米粒子時，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。

（l）將2個分別增溶有反應物A、B的微乳液混合，此時由于膠團顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學反應。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應制備氯化鈉納粒。

（2）一種反應物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內(nèi)反應物穿過微乳液界面膜進入水核內(nèi)與另一反應物作用產(chǎn)生晶核并生長，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。

1982年，Boutonmt首先報道了應用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻報道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應器的原理、形成與結構，并對微乳液在納米材料制備領域中的應用狀況進行了闡述。

1微乳反應器原理

在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機溶劑、水溶液?；钚詣?、助表面活性劑4個組分組成。常用的有機溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應器（Microreactor）或稱為納米反應器，反應器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會受到W的影響。利用微膠束反應器制備納米粒子時，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。

（l）將2個分別增溶有反應物A、B的微乳液混合，此時由于膠團顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學反應。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應制備氯化鈉納粒。

（2）一種反應物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內(nèi)反應物穿過微乳液界面膜進入水核內(nèi)與另一反應物作用產(chǎn)生晶核并生長，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。